用于利用热能储存来冷却空间的系统及方法与流程

本发明涉及用于利用热能储存来冷却空间的系统及方法。更具体地，本发明涉及用于通过利用包含相变材料的相变复合材料来使用热能储存以及释放能能以对空间进行冷却的系统及方法。

背景技术：

对于处于温暖气候中的建筑物，电费可能由于在热量的高峰时段用以冷却这些空间的能量消耗而是相当高。就餐馆而言，高峰时段通常在早餐、午餐和晚餐时段。在这样的高峰时段，电费特别高。另一方面，在非高峰和低冷却时段内，空气调节压缩机单元以高性能系数工作，因此需要较低的能量消耗，这是因为用以降低热量所需的能量只占压缩机的运行功率的很小比例，从而将更低的成本传递至业主。在一些情况下，在高峰时段的电费可能比非高峰时段高出0.05$/kWh-0.07$/kWh。

商业建筑的传统的冷却系统是全天连续运行的空气调节单元。这些建筑物主要在白天需要被冷却，但持续运行的单元最终会导致高消耗成本和低能量效率。

已经设计了出于冷却目的的用以储存热量的方法，以试图管理对高峰功耗的日益增长的需求并且同时使功率费用最小化。目标是在这些系统中通过释放先前储存的冷热能来节省功耗和成本。已经尝试创建包括传统的空气调节单元以及热能储存系统的混合系统。

例如，一个这样的混合系统利用冰。然而，冰的使用提供了在冰被融化时的冷却系统的低效再充能。使用更多的冰来获得更好的性能实际上要求更多的容积和空间，这是一个不切实际的解决方案。水/冰由于低得多的导热性而对储存和释放冷热能提供缓慢的响应。冰仅在0℃时融化。显然，整体性能和容量仍然存在问题。

需要一种有效且成本高效的解决方案来以节能的方式管理峰值和非峰值时间，并且因此有效地降低成本。此外，还需要一个系统，该系统易于实施并且易于根据预先存在的商业空间中已存在的系统进行定制。

技术实现要素：

本发明涉及一种利用热能储存(“TES”)来对任意尺寸的空间进行冷却的系统，其中，包含相变材料(“PCM”)和一种或更多种导热材料的相变复合材料(“PCC”)或单独的PCM联接至现有的空气调节制冷剂循环以冷却环境。

本发明还涉及一种系统，当电费可能比在白天低得多时，该系统可以借助于电驱动的空气调节单元和仅包括PCC或PCM的TES单元在夜间储存冷能，并在电费较高时使用储存在TES单元PCM中的能量，同时允许电驱动的空气调节单元休息，从而节约能量和成本。

本发明涉及一种具有PCM的系统，该PCM可以在从液态变为固态的同时吸收大量的能量，并且在从固态变为液态的同时释放能量。

本发明涉及一种方法，该方法用于通过将从环境循环的热空气按路径引导成单独与先前已经在制冷循环期间充能的PCC或PCM热连通来冷却空气，从而冷却环境。

本发明还涉及一种用于通过使用低温蜡连同石墨、提供快得多的充能/放能周期的高导热材料一起来冷却环境或空间的方法。

本发明甚至还涉及一种系统，该系统可以通过定制相变复合材料中的复合材料并且因此提供适当的熔点而适于不同的应用和运行需要。

本发明还涉及一种可以适于当前的现有空气调节冷凝单元的系统。

本发明还涉及一种系统，该系统构造成使现有的空气调节单元和多个热能储存模块同时或可替代地起作用以用于冷却。

此外，本发明涉及一种可以以低成本以及低空间和容积要求而实施的系统。

本发明甚至还涉及一种系统，该系统安装简单并且可以根据需要或已经存在的现有或新型空气调节冷凝单元以及通风系统的类型进行定制。

本发明涉及一种系统，在该系统中，PCM和PCC可以处于各种构型中，这些构型能够实现热能的储存和释放，这些构型例如包裹制冷剂盘管的制冷剂导管道或者甚至围绕制冷剂盘管的制冷剂导管道注入或者结合到与制冷剂盘管热连通的面板中。

本发明还涉及一种可利用预先存在的空气调节单元来提供更有效的冷却解决方案的系统。

本发明还涉及一种具有热控制系统的系统，该热控制系统可以被自动改变、手动改变或者可编程以调节期望的环境温度。

本发明的这些及其他特征在具体实施方式的部分中进一步描述。

附图说明

图1示出了根据本发明的原理的系统的实施方式；

图2示出了根据本发明的原理的系统的另一实施方式；

图3示出了根据本发明的原理的系统的再一实施方式；

图4示出了根据本发明的原理的系统的又一实施方式；

图5示出了根据本发明的原理的系统的TES单元的PCC的实施方式；

图6示出了根据本发明的原理的系统的又一实施方式；

图7示出了根据本发明的原理的系统的TES单元的实施方式；

图8示出了根据本发明的原理的系统的TES单元的实施方式；

图9示出了根据本发明的原理的系统的实施方式；以及

图10示出了根据本发明的原理的系统的再一实施方式。

具体实施方式

本文中所呈现的以下详细实施方式用于说明的目的。也就是说，出于提供和帮助本领域技术人员容易地理解如何制作并使用本发明的目的，这些详细的实施方式意在作为本发明的示例。

因此，本文中对一个或更多个实施方式的详细论述并非意在限制本发明所提供的专利保护的范围和边界也不被解释为限制本发明所提供的专利保护的范围和边界，在本发明中，专利保护的范围意在由本发明的权利要求和等同物限定。因此，本文中没有具体提到的实施方式比如改进、变型、改型和等同布置应当是且被认为是由本文中所描述的并且因此落入本发明的范围内的示例性实施方式和权利要求隐含地公开。

此外，应当理解的是，尽管各种要求保护的方法的步骤可以被示出和描述为成一定顺序或时序，但是任意这样的方法的步骤不限于以任意特定顺序或次序执行，而不存在其他指示。也就是说，所要求保护的方法步骤被认为能够以任意顺序组合或排列次序执行同时仍落入本发明的范围内。

附加地，值得指出的是，本文中所使用的每个术语指的是相关领域技术人员将基于本文中的这种术语的上下文使用所理解的此术语所指的含义。在一定程度上，如相关领域技术人员基于本文所使用的术语的上下文使用所理解的术语的含义，与该术语在任意特定字典所定义的含义有任意不同之处，则意图是相关领域技术人员所理解的术语的含义应当占优势。

此外，阅读所要求保护的本发明的技术人员应当理解的是，除非上下文使用另有规定，“一”和“一个”通常各自表示“至少一个”，但并不排除复数。此外应当理解的是，术语“或”表示“项目中的至少一个项目”，但并不排除列表中的多个项目。

图1示出了本发明的系统10的实施方式。图1中的系统具有制冷循环30、热能储存(“TES”)单元20、通风系统50和热控制系统40。

制冷循环30和TES单元20经由制冷剂1热力学地连接，该制冷剂1穿过包括管3、阀和一个或更多个液体泵的制冷剂管理系统。在该实施方式中，制冷剂1容纳在管3中并且通过液体泵2泵送通过系统10。

液体泵2可以是本领域中已知的用以使制冷剂移动通过供热通风和空气调节(“HVAC”)系统的任意液体泵。液体泵2可以安置在沿着环路的任意位置处，以保证制冷剂1移动通过制冷剂管理系统的管。如果需要可以实施额外的泵。液体泵2将低压制冷剂1以气体形式泵送到制冷循环30的压缩机11中。制冷剂1随后通过压缩机11而压力增大并且被移动到冷凝器12中，在该冷凝器12中，制冷剂1在高压下呈现液相，同时热量被释放到环境中。还提供了膨胀阀13，该膨胀阀13位于制冷循环30中的冷凝器12之后，并且该膨胀阀13在使用中在制冷剂1离开冷凝器12之后降低了制冷剂1的压力。膨胀阀13可以是本领域技术人员所理解的用以降低制冷剂的压力的任意类型的阀，比如电磁阀。在一些实施方式中，就使制冷剂1沿着环路移动而言，单是压缩机11就足够了，因此液体泵2可能不是必需的。

制冷循环30在使用时冷却制冷剂，该制冷剂随后进入TES单元20，由此热力学地连接制冷循环30和TES单元20。

制冷剂1以冷液体状态离开制冷剂管理系统的管3中的膨胀阀13，并且进入TES单元20的入口24并进入到其制冷剂盘管22中。TES单元20还包括与制冷剂盘管22热连通并且最终与该制冷剂盘管22中的制冷剂1热连通的相变材料(“PCM”)21。PCM可以是相变复合材料(“PCC”)，或者可以仅是PCM。由于PCM的任一形式都被考虑包括在本发明的TES单元20中，因此PCM将用于指代PCC和PCM两者，除非另有说明。

在使用中，制冷剂1进入TES单元20的入口24并且被泵送通过制冷剂盘管22。制冷剂盘管22被PCM 21包围或者邻近于PCM 21，由此制冷剂1与PCM 21热连通。例如，PCM 21可以布置在制冷剂盘管22所延伸通过的多个板坯中(参见图7和8作为可能的板坯构型中的一个板坯构型)。在一个实施方式中，制冷剂盘管22可以由铜制成并且可以以蜿蜒形盘管配置存在于PCM中。制冷剂1从出口25离开制冷剂盘管22。制冷剂盘管22也可以是有利于将能量从制冷剂热传递至PCM以及将能量从PCM热传递至制冷剂的任意其他材料。

制冷剂1可以是本领域中通常已知且通常使用的用以穿过HVAC系统的任意相变材料，例如但不限于水和氟里昂^TM(卤素碳产品或氢氟碳化合物)、丙二醇或其任意组合。如果制冷剂1是水/乙二醇，则在系统10的实施方式中，冷凝器由冷却器取代。此外，如果制冷剂1是水/乙二醇，则不需要膨胀阀13(例如参见图9)。如果制冷剂1是氟里昂，则在系统10的实施方式中，不需要液体泵(例如参见图10)。

PCM是一种热能储存介质。由PCM储存或释放的能量被称为“熔化潜热”。通过将PCM的相从液体变为固体或者通过改变内部能量来储存热能。相反地，随着材料将其相从固体改变为固体，热能被释放。PCM被设计用于在特定温度下呈现高熔化潜热、熔化和固化，并且PCM能够储存和释放大量热能。

本发明的实施方式由TES单元20支承，该TES单元20具有在其支承结构中本身是低温蜡的PCM 21，并且其可以用于系统中的导热性。

在另一实施方式中，PCM可以是复合材料，也被称为包括石墨的PCM复合材料(“PCC”)。可以将氧化铝或其他导热金属添加至复合材料以进一步增强导热性。PCC可以具有很宽的熔点范围。通过增加PCC中碳原子的数目，能够升高熔点，通过减少PCC中碳原子的数目，能够降低熔点。由于所涉及的材料的不同熔点，因此使用不同百分比的低温蜡和石墨以及PCC中的潜在其他材料允许系统以不同的效率运行。因此，该系统通过对PCM中的复合材料进行定制并且因此提供合适的熔点而允许不同的应用和运行需求。

PCC使用膨胀石墨作为支承多孔基体用以将相变材料(低温蜡)保持在一起。市售的膨胀石墨(EG)通过与各种酸的插层反应并通过随后的热处理而形成。商用EG使用气动压机或任意市售压机而被单轴压实。按压压力的示例的范围在约10psi压力至约30psi压力之间，并且直至达到约170kg/m³至约200kg/m³之间的容积密度为止。可以施加不同的压力以实现不同的密度。之后，压缩的EG被浸入在熔融PCM(低温蜡)池中，保持在比其熔化温度高约5℃至约10℃之间的温度，并且保持浸泡直到PCM已达到其对石墨基质的最大吸收为止。

EG密度随着所施加的压实压力的提高而提高，并且EG密度可以改变以达到更高的热导率。因此，热导率随着EG密度的提高而提高，然而PCM的熔化潜热随着EG密度的降低而降低(所涉及的较低的EG质量)。

PCC复合材料例如可以是但不限于约60％至85％之间的PCM和约15％至40％的EG。这些百分比并不意味着限制，并且百分比可以根据所需的应用和运行模式而变化。其他材料也可以用于取代PCC中的EG，所述其他材料例如包括但不限于石墨粉末、碳纤维、石墨/碳纳米粉末/纳米纤维、铜、铝粉末和比如碳、石墨、铜和铝的导热泡沫。也可以添加其他添加剂比如聚合物用以改善机械性能。

PCM在相当长的一段时间内储存或释放能能以及相变。当PCM储存冷热能并固化时，PCM被“充能”(以及在整个应用中所使用的相关术语)，并且当PCM释放能能且将相从更固态相改变至更液态相时，PCM被“放能”(以及在整个应用中所使用的相关术语)。一些PCM在系统10的TES单元20中相比于其他PCM更有优势。例如，由于石墨的高导热性，包含低温蜡和石墨的PCM复合材料导致更快的充能时间。改变PCC中的石墨和其他导热材料以及低温蜡的百分比导致可以根据不同要求定制的不同导热率。这对于传统的PCM来说是不可能的。系统10因此能够根据许多不同的应用和构型定制。

低温蜡在500℃以下是可靠的、无腐蚀性的和化学惰性的。如本文中所描述的具有制冷循环和TES单元的系统比与水/冰热能储存模块联接的传统的空气调节单元和制冷循环更高效并且因此运行成本更廉价。低温蜡代替水/冰的使用还由于高得多的容积能量密度(在某些条件下，与22Wh/Lit相比超过32Wh/Lit)而效率更高，这转化为能够储存比水/冰能量储存解决方案的大得多的热量。

良好的高导热性对于保证快速充能和放能速率很重要。在更快的充能速率下，制冷空气调节循环需要运行并且因此需要耗电更短的时间段。根据PCM流动的制冷剂量，系统呈现快速充能率。例如，制冷剂以1.86GPH(每小时加仑-相当于储存的能量含量的能量速率)的速度向PCC转移冷能，PCC板坯可以冷却并且在约1小时内储存冷热能。在4.5GPH(能量速率是储能含量的两倍)下，PCC可以预计在20分钟至30分钟内充能，而在12GPH(能量速率比储存的能量含量高3-4倍)时，PCC可以完全充能在大约10分钟至20分钟。

低温蜡所呈现的另一重要特性是可忽略的“超级冷却”，该“超级冷却”可能降低材料的温度至低于其凝固点而材料不变成固体。在不凝固的情况下，PCM不可以储存热能。因此，在PCM和PCC中使用低温蜡是有利的，因为低温蜡经历了可忽略的超级冷却并且因此可以冻结和储存热能。

此外，由低温蜡和以不同组合的其他添加剂构成的PCC具有相当长的使用寿命，可能超过15年，耐用性持续超过10,000次循环，并且整体效率在80％至95％之间。

因此，对于可比较的性能，与其他PCM比如水/冰相比，需要更低量的PCM。此外，为了可比较的性能，使用水/冰作为PCM的系统通常需要第二制冷循环单元和本系统10不需要的诸如通用制冷剂管理系统(“URMV”)的部件，本系统10使用了具有低温蜡和石墨和/或氧化铝的PCM。

PCM也可以是任意有机材料、无机材料如盐水合物、生物基材料如来自植物和动物来源的脂肪酸。

TES单元20还包括将PCM 21和制冷剂盘管22隔离的隔热装置23。隔热装置23防止热能扩散。隔热装置23的材料可以是本领域公知的用以隔热的任意材料，所述任意材料比如但不限于聚氨酯、玻璃纤维和木材。

在使用中，制冷剂1被泵送通过与PCM 21热连通的制冷剂盘管22，由此将其冷热能输送至PCM 21，从而使PCM 21固化。制冷剂1经由制冷剂盘管22的出口25离开TES单元20并且借助于制冷剂管理系统经由液体泵2进入制冷循环30。以这种方式，制冷剂1可以被再次冷却以最终对PCM 21充能。

应当指出的是，制冷剂盘管不必作为蜿蜒形盘管存在于TES单元20中。只要制冷剂1保持与PCM 21热连通，任意形状或配置都是可接受的。然而，制冷剂盘管22的蜿蜒形盘管形状提供了充足的表面积，制冷剂沿着该表面积经过或通过PCM，从而向PCM提供良好的热能传递。制冷剂盘管22可以是本领域中已知的用以促进热交换的任意材料。可以使用的材料的一些示例包括但不限于铜、铜合金、铝、银、金以及它们的合金。另一方面，制冷剂管理系统的管应当用现有技术中已知的隔热材料覆盖以防止散热，使得制冷剂在系统的各个部件之间的转移不会分散热能。可以使用的隔热材料的一些示例包括但不限于聚氨酯、玻璃纤维和聚乙烯。换句话说，TES单元20可以代表具有蜿蜒形的内部制冷剂盘管22的热交换器，其中，液体制冷剂1穿过内部制冷剂盘管22并且冷却围绕盘管的PCM21。TES单元20的可能的构型之一可以非常类似于板式热交换器，并且由具有足够大表面的薄板构成以允许有效的热连通。对于其中使用热能储存单元的所有实施方式也是如此。(图1至图4，图6和图9至图10)。

通风系统50包括空气入口51和空气出口52。空气入口51与TES单元20的PCM 21相邻。以这种方式，空气入口51将暖环境空气输送至TES单元20，并且空气入口51构造成使暖空气与PCM 21热连通。因此，在隔热装置23的材料与TES系统20的PCM 21之间待输送的空气是更优化但不是必需的。在运行中，暖空气通过空气入口51被输送经过或通过TES单元20的PCM 21。PCM 21被充能并且因此处于固态并且能够将冷热能释放至空气中。与空气入口51相反并且与TES单元20相邻处定位有空气出口52，该空气出口52在使用中将经冷却的空气输送至建筑物的环境，从而冷却建筑物的空气。

可以考虑的在建筑物的常用空气调节系统中运行的任意通风系统都可以用于本发明。通风系统50可以包括但不限于用于使空气移动通过空气入口51和空气出口52的螺旋桨装置19。螺旋桨装置19例如可以是风扇。

系统10还包括热控制系统40。热控制系统40可以被手动监测并且被管理，由此系统被手动打开和关闭，热控制系统40可以是自动控制的，由此系统根据需要——例如取决于过去的能量使用历史、加热记录、白天与夜间的使用时间、以及高峰需求——所选择和设定的参数被设定在定时器41上，并且热控制系统40可以由提供建筑物环境45和/或PCM/PPC温度43的实时温度读数的传感器来监测，并且根据控制系统中设定的阈值水平来调节系统10的运行。热控制系统40还可以连接至网络系统，由此热控制系统40可以根据天气预报或历史数据来调节系统10的运行。热控制系统40还可以设置有对自动的或可编程的热控制系统40的超驰，由此紧急情况实施手动超驰。

图2示出了系统10的另一实施方式。图2的系统10提供了制冷循环30，该制冷循环30具有液体泵2、压缩机11、冷凝器12、膨胀阀13、TES单元20、通风系统50、以及热控制系统40。在该实施方式中，TES单元具有PCM 21和隔热装置23，其中，PCM 21与制冷剂盘管22热连通，隔热装置23用以避免热分散并保持TES隔热。制冷剂1通过入口24进入制冷剂盘管22并且从出口25离开。在该特定实施方式中，制冷循环30还包括完成制冷循环的蒸发器14。此外，系统10还设置有位于制冷循环30的TES单元20与膨胀阀13之间的第一阀5以及位于蒸发器14与TES20之间的第二阀6。如果在使用中，第一阀5关闭且第二阀6打开，则TES单元20被制冷剂1绕过，从而实现了仅使用制冷循环30，在这种情况下制冷循环30将纯粹作为空气调节系统运行。然而，在图2中示出的该特定实施方式中，液体泵设置在第二阀6与制冷循环30的压缩机11之间。通过在运行期间关闭第二阀6并保持第一阀5打开，蒸发器14被绕过并且制冷剂1行进通过制冷循环30和制冷剂管理系统的管3到达TES单元20的PCM 21。

第一阀5和第二阀6可替代地打开和关闭。第一阀5和第二阀6可以是本领域中通常使用或已知的用以在处于打开或关闭位置时停止或允许制冷剂流动的任意阀，例如可以使用止回阀比如电磁阀或者球阀。当第一阀5打开并且第二阀6关闭时，TES单元20正在充能，相反，当第一阀5关闭并且第二阀6打开时，TES单元20被绕过，并且该系统用作传统的空气调节环路，如下所述：制冷剂流体1作为低压气体到达压缩机11。在制冷剂被压缩之后，制冷剂作为高压气体移动至冷凝器12。制冷剂气体冷凝成液态并且将其热量释放至外部环境。高压液体制冷剂然后移动至降低其压力的膨胀阀13。然后低压液体移动至蒸发器14，在该蒸发器14中，来自借助于通风系统50引导至蒸发器的外部空气的热量被制冷剂吸收，该制冷剂返回低压气体状态并且移动至压缩机，在该压缩机中，制冷循环结束。传统上，对于本段中描述的空气调节制冷循环，制冷剂必须连续使用。这意味着液体泵2必须重复运行，从而导致需要大量的电力，尽管压缩机的工作可能足以保证制冷剂1在整个系统中的充分转移。如果需要持续地转移能量，则液体泵2可以辅助压缩机11，但是在一些情况下其使用可能是冗余的。本发明还提供了仅在TES 20充能阶段期间使用制冷循环30和液体泵2的实施方式。在放能时，制冷剂循环不是必需的，建筑物可以仅通过使热空气移动通过PCM 21或移动通过蒸发器14的通风系统50来冷却。

在该实施方式中还提供了蒸发器14，该蒸发器14允许制冷循环30中的制冷剂1在绕过TES单元20单独使用的情况下对由入口51引导穿过通风系统50的蒸发器14的空气进行冷却。蒸发器14还可以用于对已经行进通过通风系统50且穿过TES系统20的充能的PCM 21的空气进行进一步冷却。通风系统50可以设置有像风扇19一样的螺旋桨，以能够将空气转移贯穿不同的冷却阶段。通过通风系统50的出口52，由PCM 21冷却的空气可以被蒸发器14进一步冷却。制冷循环30和制冷循环30中的蒸发器14的使用可以提供额外的冷却降低至少另外5摄氏度。通过使用蒸发器14作为来自出口52的空气的额外冷却器，通风系统50将能够通过第二出口53向环境提供冷空气。

热控制系统40可以以与以上论述的方式相同的方式运行，并且具有实现了第一阀5和第二阀6的控制的附加特征。热控制系统40可以包括定时器41和温度传感器43，该温度传感器43定位成与PCM 21以及需要冷却的建筑环境或空间热接触。

如果制冷剂1是水/乙二醇，则冷却器将沿着环路的相同位置取代冷凝器。此外，如果使用水/乙二醇，则可能不需要膨胀阀或者膨胀阀被绕过。如果使用氟里昂作为制冷剂1，则不需要液体泵。

图3是本发明的系统10的再一实施方式，其中，设置有制冷循环30、TES单元20、外部TES单元80、通风系统50、外部通风系统60和热控制系统40。制冷循环30还包括压缩机11、冷凝器12和膨胀阀13。图3中示出的实施方式还包括位于TES 20与第一阀5之间的第三阀7。在该实施方式中，示出了在TES单元20外部的外部制冷剂盘管27。另外，热交换可以发生在热交换器中，其中，空气和制冷剂交换热量。在另一实施方式中，可以存在多个外部制冷剂盘管27，所述多个外部制冷剂盘管27中的一些外部制冷剂盘管可以是多个外部TES单元80中的每个外部TES单元的一部分，每个外部TES单元还具有PCM 81。

此外，该实施方式还可以包括外部通风系统60，该外部通风系统60构造成将来自同一建筑物的另一位置的暖空气与外部制冷剂盘管27和PCM 81热连通。该通风系统50可以设置有风扇19或者能够将暖空气从建筑物的区域引导通过TES 20的PCM 21的任意等同的空气螺旋桨。该空气可以通过入口51进入通风系统50并且从出口52离开。外部通风系统60还可以设置有螺旋桨65。暖空气可以从外部通风系统入口61进入外部通风系统60并且从外部通风系统出口62离开。在该实施方式中，液体泵2位于TES 20与外部TES 80之间并且构造成从TES 20泵送冷却的制冷剂以对外部TES 80中的PCM 81进行冷却。TES 20包括有入口24和出口25的制冷剂盘管22。在使用中，系统10的液体泵2将制冷剂1泵送通过制冷剂盘管22，使得制冷剂与PCM 21热连通。此外，TES 20借助于隔热装置23而隔热。

在该实施方式中，TES单元20的PCM 21经由冷制冷剂1被充能，该制冷剂1穿过制冷剂管理系统的管3离开制冷循环30的膨胀阀13。为了给TES 20充能，第三阀7和第二阀6打开，而第一阀5关闭。以这种方式，TES 80被绕过。反之，能够在第一阀5和第二阀6打开的同时通过绕过TES 20且关闭第三阀7来对TES 80充能。在使用中，当第二阀6和膨胀阀13关闭时，在第一阀5和第三阀7打开的同时，制冷剂1可以利用TES单元20的充能的PCM 21，以向外部制冷剂盘管27输送冷热能并对PCM 81充能。外部TES 80也可以配备有外部隔热装置29，该外部隔热装置29将防止热能的分散。制冷剂1可以从入口84进入外部制冷剂盘管27并且从出口85离开。以这种方式，可以有一个以上的通风系统，所述一个以上的通风系统用于通过使用同一制冷循环30来对同一建筑物的不同区域进行冷却，其中，第一通风系统50仅与TES单元20的PCM 21保持热连通，并且穿过外部通风系统60的空气可以通过与TES 80热连通来冷却，所述TES 80包括外部制冷剂盘管27和PCM 81。还可能的是，还有另一实施方式，其示出了多个外部制冷剂盘管27以及还有多个外部TES单元80。对于这样的系统10，可能期望的是通过多个液体泵2来实施该系统。

在该实施方式中，第一阀5设置在膨胀阀13与外部制冷剂盘管27之间。第二阀6位于液体泵2与压缩机11之间。热控制系统40可以包括但不限于下述这些特征：如在图1中描述的那样起作用且与TES 20相关的定时器41、与TES 80相关联的定时器49、用于PCM 21的PCM温度传感器43、用于PCM 81的PCM温度传感器83、用于建筑物的第一环境的环境温度传感器45、以及用于同一建筑物的第二环境的另一环境温度传感器47。

图4还示出了根据本发明的原理的系统10以及穿过连接不同环路的部件的制冷剂管理系统的管3的系统的制冷剂1的实施方式。图4中的实施方式具有制冷循环30，制冷循环30具有以与先前实施方式等同的方式起作用的液体泵7、压缩机11、冷凝器12和膨胀阀13、以及TES单元20、具有PCM 81的第二TES80、外部制冷剂盘管27和隔热装置29、通风系统50、第二通风系统60和热控制系统40。

在该实施方式中还提供了用于制冷循环30的蒸发器14，该蒸发器14允许系统10专门作为空气调节制冷单元潜在地运行，但另外，根据蒸发器14相对于主通风系统50和外部通风系统60的移位，蒸发器14可以用于对穿过主通风系统50、外部通风系统60或者主通风系统50和外部通风系统60两者的空气，即，穿过TES单元20和/或TES单元80并且然后穿过蒸发器的空气进行进一步冷却，从而与可能的仅通过TES单元20来冷却的情况相比冷却降低几度。

此外，该实施方式提供了除液体泵2之外的第二液体泵7、除第一电磁阀5和第二电磁阀6之外的第三阀8和第四电磁阀9。液体泵2安置在TES 20与TES 80之间，液体泵7位于蒸发器14与压缩机11之间，第一电磁阀5位于TES 80与第四电磁阀9之间，而第二电磁阀6安置在液体泵2与液体泵7之间。第三电磁阀8位于蒸发器14与膨胀阀13之间，第四电磁阀9位于膨胀阀13与TES 20之间。

在该实施方式中示出了外部制冷剂盘管27，并且因此，系统10构造成对TES单元20的PCM 21充能，并且然后在放能模式下运行同时保持环境空气冷却。热控制系统40可以包括与第一通风系统50和第一TES单元20相关联且如图1中描述的那样起作用的定时器41、与第二通风系统60和第二TES单元80相关联的另一定时器49、用于PCM 21的PCM温度传感器43、用于PCM 81的PCM温度传感器83、用于建筑物的第一环境的环境温度传感器45、以及用于同一建筑物的第二环境的另一环境温度传感器47。

该特定实施方式可以用作用于来自同一建筑物的2个不同区域的空气的2级冷却系统，因此使用同一制冷循环30，但是具有2个分开的通风系统(50和60)和TES单元(20和80)。

通风系统50具有借助于风扇19或任何等同的通风螺旋桨从建筑物环境通过入口51朝向PCM 21推动的暖空气。离开PCM 21(和TES单元20)的空气在通风系统的出口部分52处被冷却。如果引导通过蒸发器14，则来自TES 20的空气在出口部分53处被进一步冷却。

通风系统60具有借助于风扇65或任何等同的通风螺旋桨从建筑物环境通过入口61朝向PCM 81推动的暖空气。离开PCM 81(和外部TES单元80)的空气在通风系统的出口部分62处被冷却。如果被引导通过蒸发器14，则来自外部TES单元80的空气在出口部分63处被进一步冷却。

在TES20中，来自制冷剂管理系统的管3的制冷剂1在从入口24进入制冷剂盘管22时与PCM 21热连通。制冷剂1从出口25离开PCM 21。隔热装置23限制了热量损失和扩散至周围环境。类似地，在TES单元80中，制冷剂1与进入入口84通向外部制冷剂盘管27的PCM 81热连通。此后，制冷剂1返回至离开出口85的制冷剂管理系统。

在图4中表示的实施方式中，当阀6、9和5关闭并且阀8和膨胀阀13打开时，系统10可以用作传统的空气调节系统。以这种方式，TES单元20和80被隔离。如果使用通风系统50和通风系统60中的一者或两者，则来自建筑物的暖空气可以仅通过蒸发器14被冷却。在制冷循环30正在使用并且阀5和8关闭而阀6和9打开的情况下，PCM 21可以被充能和固化。在制冷循环30正在使用时，其中，阀8和9关闭且阀5和6打开的情况下，PCM 81可以被充能。

也可以用来自TES单元20的冷制冷剂1对PCM 81充能，因此制冷循环30未被使用。为了实现这一点，液体泵2是可运行的，而液体泵7是不可运行的，为此运行，阀5和9打开，而阀8、6和膨胀阀13关闭。

在放能模式期间，通风系统50和60可以根据环境的冷却要求二中择一地使用或同时使用。

图5示出了具有构造为板坯的PCC的TES单元。这可以是参照先前的图示出和论述的TES单元20(或80)的可能构型。PCM 21被示出为呈单个板坯设计，其中，制冷剂盘管22以蜿蜒形状穿过该板坯并且设置成纵向地横跨PCM 21板坯，其中，覆盖足够的区域用于来自制冷剂管理系统的管3的制冷剂1与PCM 21之间的有效热传递。PCM 21可以设计成处于许多不同的构型，所述许多不同的构型包括但不限于储存在桩中的多个PCM 21板坯，或者以图5中示出的相同概念实施的其他合适的几何形状。制冷剂1借助于泵2或安装在制冷剂环路30和制冷剂盘管22中的其他泵来泵送，制冷剂1从管理系统管3通过入口24进入制冷剂盘管22并且从出口25离开制冷剂盘管22。

隔热装置23环绕PCM 21和制冷剂盘管22以保证隔热并避免热能损失至周围环境。

还提供了与PCM 21热连通的温度传感器43，该温度传感器43可以与控制系统40可运行地连接以提供关于PCM材料的温度的信息。例如，当PCM温度达到建立的阈值时，控制系统40可以起动制冷循环30以启动PCM 21的充能过程。

图5中提出的PCM 21和制冷剂盘管22的构型可以适于图1至图4中示出的全部4个实施方式中的TES解决方案，并且可以适用于TES单元20以及TES单元80。

图6是本发明的系统10的再一实施方式，其中，设置有制冷循环30、TES单元20、外部通风系统60和热控制系统40。制冷循环30还包括压缩机11、冷凝器12和膨胀阀13。图6中示出的实施方式还包括位于TES20与膨胀阀13之间的第三阀7。在该实施方式中，示出了在TES单元20外部的外部制冷剂盘管27。在另一实施方式中，可以有多个外部制冷剂盘管27。

该实施方式包括外部通风系统60，该外部通风系统60构造成将来自同一建筑物的另一位置的暖空气与外部制冷剂盘管27热连通，外部制冷剂盘管27用来自冷TES单元20的制冷剂1对暖空气进行冷却。外部通风系统60也可以设置有螺旋桨65。暖空气可以从入口61进入外部通风系统60并且从出口62离开。在该实施方式中，液体泵2位于TES单元20与外部制冷剂盘管27之间并且构造成当第二阀6关闭时泵送来自TES单元20的冷却的制冷剂1以冷却制冷剂盘管27。TES单元20包括具有入口24和出口25的制冷剂盘管22。在使用中，系统10的液体泵2将制冷剂1泵送通过制冷剂盘管22，使得制冷剂与PCC 21热连通。此外，TES单元20借助于隔热装置23而隔热。

在该实施方式中，TES单元20的PCC 21经由冷却的制冷剂1而被充能，该冷却的制冷剂1穿过制冷剂管理系统的管3并且离开制冷循环30的膨胀阀13。为了给TES单元20充能，第三阀7和第二阀6打开而第一阀5关闭。以这种方式，制冷剂盘管27被绕过。还能够在绕过TES单元20并且关闭第三阀7同时打开第一阀5和第二阀6的情况下对制冷剂盘管27进行冷却。在使用中，当第二阀6和膨胀阀13关闭时，在第一阀5和第三阀7打开的同时，制冷剂1可以利用TES单元20的充能的PCM 21向外部制冷剂盘管27输送冷热能并且对由与制冷剂盘管27热连通的通风系统60引导的且通过出口62返回建筑物环境的暖空气进行冷却。制冷剂1可以从入口84进入外部制冷剂盘管27并且从出口85离开。

在该实施方式中，第一阀5设置在膨胀阀13与外部制冷剂盘管27之间。第二阀6位于液体泵2与压缩机11之间。热控制系统40可以包括但不限于下述这些特征：如在图1中描述的那样起作用且与TES 20相关的定时器41、用于PCM 21的PCM温度传感器43、用于制冷剂盘管27的PCM温度传感器83、以及用于测量建筑物中的空气温度的环境温度传感器47。

在该实施方式中，系统的在制冷剂1与来自环境的暖空气之间发生热交换的区域也可以被用于空气调节应用的典型热交换器考虑或者由该典型热交换器代表，在该区域中，内部盘管(在这种情况下为外部制冷剂盘管27)具有穿过其中的制冷剂。该热交换器可以被设计成具有尽可能大的热交换表面和尽可能多的凹痕或翅片，以允许水分子保持在冷却的空气中。

图7和图8分别示出了TES单元20的实施方式的从不同角度观察的正视图和后视图，TES单元20具有尺寸相当的二十八(28)个PCC板坯(101-128)，所述二十八(28)个PCC板坯(101-128)布置在桩中，制冷剂盘管22在板坯之间延伸。图7和8中示出的实施方式可以封装在TES单元20的隔热装置23中和/或TES单元80的隔热装置29中。制冷剂1在穿过制冷剂管理系统的管3之后从入口24注入制冷剂盘管22中。101是从底部开始的第一板坯，105是从底部开始的第五板坯，110是从底部开始的第十板坯等等，128是桩的顶部的板坯。如图7所示，在TES单元20的该实施方式中，在入口24之后，制冷剂盘管22从前部部分的左侧穿过PCC板坯之间，分成3个导管，所述3个导管平行地从前部部分延伸至后部部分，一个在另一个上方，并且分别在板坯128与板坯127之间、板坯127与板坯126之间、以及在板坯126与板坯125之间。在从后部部分离开PCC板坯之后，制冷剂盘管22的平行管在相同的板坯之间朝向后部部分的中心返回并且从前部部分离开。平行管再次返回至后部部分并且返回至前部部分。总之，在分成3个管之后，制冷剂盘管22穿过具有4个管部段的每一对PCC板坯，从而使PCM材料21与制冷剂1之间的热连通最大化。

最后一次从PCC板坯的前部部分的右侧离开的3根平行管朝向板坯的下层弯曲，并且从前部部分的右侧平行地穿过板坯125与板坯124之间、板坯124与板坯123之间、板坯123与板坯122之间。再次，管平行地在相同的板坯之间从前部部分至后部部分以及从后部部分至前部部分来回延伸两次并且在移动至下板坯(在板坯122与板坯121之间、在板坯120与板坯119之间、以及在板坯119与板坯118之间)之前从其左侧离开前部部分，并且重复相同的过程直到到达安置在TES单元20底部的最后4个板坯为止。3根平行管从左至右来回4次在板坯4与板坯3之间、板坯3与板坯2之间、以及板坯2与板坯1之间延伸通过PCC板坯并且合并在PCC板坯桩的前部部分的右下区域中的单个管的制冷剂盘管中。制冷剂1在出口25处离开制冷剂盘管22。制冷剂1从出口25流入到制冷剂管理系统的管3中。

以上所描述的且在图7和图8中示出的设计可以具有但不限于约5℃至约6℃的PCM相变温度，约180KJ/Kg的PCC潜热和约850Kg/m³的PCC密度。在一个冷却实验中，将28个板坯相互堆叠，其中，TES单元21包含74％PCC和用于制冷剂盘管22的11.5％铜管道。剩余百分比主要是绝缘设备和传感器。TES单元20的该实施方式的其他特征可以是但不限于约4.2kWh的热容量、约54Wh/Kg的PCC能量密度、约46Wh/Kg的PCC和铜制制冷剂盘管22能量密度、以及约40Wh/Kg的系统能量密度。

已经在不同的制冷剂流速下进行了几次放能实验。例如，在1.6L/min的流速下，总冷却时间超过6小时，其中，冷却的制冷剂在整个时期内到达外部制冷剂盘管27，同时流动通过不同板坯的制冷剂以不同的速率升温：入口处(板坯128至125)的制冷剂的升温时间小于1小时，在板坯115和119、104、105以及123处3至4小时，在板坯107处5至6小时，以及在从板坯104至101处6.25小时。

图9表示本发明的实施方式，其中，水/乙二醇用作制冷剂1。与前述实施方式的唯一区别在于用电子控制冷却器18代替冷凝器12，并且系统中不使用膨胀阀。

图10表示本发明的实施方式，其中，制冷剂1是氟里昂^TM。在该实施方式中，不需要液体泵。

关于本发明的使用和运行的方式，从以上描述中应当明白这一点。因此，将不会提供关于使用和运行的方式的进一步论述。

尽管已经详细描述了该系统的优选实施方式，但是显然可以对其进行修改和变化，所有这些都落入本发明的真实精神和范围内。关于以上的描述，那么应当认识到，对于本发明的各零部件的包括尺寸、材料、形状、形式、功能以及运行方式、组装方式和使用方式的变化的优选的尺寸关系被本领域技术人员视为是明显的，并且对附图中示出和说明书中描述的尺寸关系的所有等同关系意在被本发明所涵盖。

在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”或变型比如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”或者术语“包含(includes)”或其变体、或者术语“具有(having)”或其变型将被理解为意味着包含所陈述的元件或整体或元件或整体的组，但不排除任何其他元件或者整体或者元件或整体的组。在这方面，在解释权利要求范围时，其中一个或更多个特征被添加至任意权利要求中的实施方式被认为是在本发明的范围内，只要是所要求保护的本发明的基本特征被包含在这样的实施方式中即可。

本领域技术人员将认识到的是，本文中所描述的本发明可以进行与具体所描述内容不同的变化和修改。应当理解的是，本发明包括落入其精神和范围内的所有这些变型和改型。本发明还包括单独地或共同地在本说明书中提及或指示的所有步骤、特征、组合物和化合物以及任意两个或更多个所述步骤或特征的任意组合和所有组合。

因此，前述内容仅被认为是对本发明的原理的说明。此外，由于本领域技术人员容易想到许多修改和变化，因此不期望将本发明限制为所示出和描述的确切结构和运行，并且因此所有适当的修改和等同物可以被看作落入本发明的范围内。